Studien tilskriver økt overførbarhet av Monkeypox Clade IIb til genomiske trekkspill

Studien tilskriver økt overførbarhet av Monkeypox Clade IIb til genomiske trekkspill

I en fersk studie publisert i bioRxiv * Server: Forskere utførte en genomisk studie av bekreftede tilfeller av Monkeypox-virus (MPXV) diagnostisert i Spania mellom 18. mai og 14. juli 2022.

Lernen: Genomische Akkordeons könnten der Schlüssel zur erhöhten Übertragbarkeit von Monkeypox Clade IIb sein. Bildquelle: FOTOGRIN/Shutterstock

*Viktig MERK:bioRxiv publiserer foreløpige vitenskapelige rapporter som ikke er fagfellevurdert og derfor ikke bør anses som avgjørende, ment å veilede klinisk praksis/helserelatert atferd, eller behandles som etablert informasjon.

bakgrunn

I det nåværende utbruddet har antallet spredte MPXV-overføringer holdt seg konsekvent lavt, og person-til-person-overføring (PTP) ser ut til å skje etter at et primært lokalisert utslett dukker opp. Hvis sistnevnte modus er ansvarlig for MPXV-overføring, bør det også reflekteres på genomisk nivå. Til dags dato har alle genomiske studier fokusert på å beskrive den evolusjonære historien til MPXV og spore introduksjonen av viruset i vestlige land.

Disse studiene avslørte at 2022 MPXV-klyngen avviker fra de tilsvarende 2016-2019 MPXV-ene med et gjennomsnitt på 50 enkeltnukleotidpolymorfismer (SNP), med omtrent 24 ikke-synonyme mutasjoner, ~18 synonyme mutasjoner og noen intergene forskjeller. De tilskrev mutasjonsskjevheten hovedsakelig til virkningen av apolipoprotein B mRNA-redigerende katalytiske polypeptidlignende 3 enzymer (APOBEC3). I tillegg beskrev de genetiske variasjoner av MPXV, inkludert sletting av immunmodulerende gener. Inntil nå har verten utøvd selektivt press, og tapet av gener som samhandler med viruset var driveren for MPXV-evolusjonen.

Retrospektive evolusjonsstudier har vist de unike adaptive strategiene til MPXV; Imidlertid klarte ikke disse studiene å løse genomiske regioner med mange gjentakelser, spesielt lavkompleksitetsregionene (LCR). LCR-er er ikke tilfeldig lokalisert i genomet og kan være assosiert med adaptive endringer relatert til forskjeller i MPXV-overførbarhet. De har forskjellige nivåer av kompleksitet, for eksempel dinukleotid, trinukleotid eller mer komplekse palindromiske repetisjoner. Tidligere studier har vist at genomiske trekkspill gir en rask vei til tilpasning av poxvirus under seriepassasje. Det er et presserende behov for å undersøke disse genomiske funksjonene i sammenheng med MPXV evolusjonær tilpasning.

Om studiet

I denne studien undersøkte forskere effekten av LCR-er, inkludert alle korte tandem-repetisjoner (STR-er) og homopolymerendringer, i MPXV-genomet. De sammenlignet fordelingen av LCR-er mellom forskjellige nøkkelfunksjonelle grupper i MPXV-genomet. I tillegg vurderte forskerne omfanget av intra-vert og inter-vert variasjoner i LCR.

Teamet fikk først et høykvalitets genom fra en upassasjert vesikulær væske fra en MPXV-sak i Spania. De brukte deretter en konvensjonell validert MPXV nestet polymerasekjedereaksjon (PCR) rettet mot transferrin (TFN) reseptorgenet for å bekrefte tilstedeværelsen av MPXV i vattpinner fra hudlesjoner. Deretter kombinerte de tre sekvenseringsteknologier, NovaSeq, MiSeq og nanopore-sekvensering, for å lese hele genomet.

Studieresultater

Bare to genomprøver, 353R og 349R, ga høykvalitets virale målinger for sammenligning av allelfrekvenser i de fleste LCR-områder. Mens LCR8 og LCR9 ikke viste noen variasjon, viste LCR7 og LCR10/11 signifikant variasjon innen vert og forskjeller i den dominerende allelen mellom prøvene. Basert på heterozygositet av hele genomet, var størrelsen og størrelsen på variasjonene signifikant høyere for LCR enn for SNP-er, og det samme skjedde også i verten.

Fire prøver tilhørte B.1.1, definert av en aminosyremutasjon i OPG094 R194H. De identifiserte én prøve som B.1.3, definert av aminosyremutasjonen R84K, tilsvarende posisjon G190.660A, og de resterende prøvene tilhørte B1 clade IIb. Blant gruppe IIb viste B1-stammene konsekvent 16 repetisjoner. A.1-stammen var polymorf, A.2-stammer viste 23, 25 og 26 repetisjoner, mens eldre avstamning A-stammer hadde 32, 43, 53 og 71 repetisjoner. Selv om forskerne oppdaget flere klynger blant de spanske isolatene definert av noen SNP-endringer; Imidlertid fant de bare en epidemiologisk sammenheng i ett tilfelle.

Siden de nåværende studieresultatene viste en begrenset sammenheng mellom SNP-endringer og viral epidemiologi, har det sannsynligvis oppstått en potensiell konvergenseffekt for denne klassen av virus, noe som har nødvendiggjort en endring i fokus i deres genomiske epidemiologistudier. Forskerne identifiserte 21 LCR-er, 13 STR-er og åtte homopolymerer. Sammenligning av diversitetsnivået mellom de 21 identifiserte LCR-ene med SNP-variabilitet avslørte åtte LCR-regioner (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) med tydelige tegn på variasjon innen vert og mellom prøver.

Fem LCR-er ble kolokalisert i to regioner av MPXV-genomet, med LCR-er 5, 6 og 7 lokalisert i kjernen av MPXV-genomet. LCR-ene 3 og 21 var lokalisert i den immunmodulerende regionen, og de tre andre LCR-ene var lokalisert innenfor den antatte translaterte regionen til MPXV-genene OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) og OPG208 (B19R). Endringene i gjentatt antall observert i LCR3 og LCR21 fulgte det samme mønsteret ved å utvide den N-terminale regionen til en immunmodulerende åpen leseramme (ORF). Gitt den uvanlig lange repeterende strekningen av LCR3, kan clade IIb MPXV kreve store mengder tyrosin: translasjonell ribonukleinsyre (tRNA) for å oversette OPG208-genet. Dette kan representere en annen potensiell metode der virale tandem-repetisjonssekvenser tilpasser seg et nytt miljø ved å modulere ORF-ekspresjon.

Forskerne fant at endringene knyttet til LCR21/OPG204 var subtile. De observerte ikke endringer i antall repetisjoner, men snarere i mutasjoner. Derfor viste de fleste clade IIb-virus flere alternative starter etterfulgt av en lysinaminosyre som alltid ble kodet av det sjeldneste kodonet. Det mest spennende området med variasjon observert i ORF involverte OPG153-genet, som er en viktig faktor i OPXV-overføring og virulens. For eksempel er det kjernegenet som oftest ble "tapt" under utviklingen av koppeviruset. LCR7 repetisjonsregionen, lokalisert i det sentrale domenet til OPG153, koder for en ustrukturert polyasparaginsyre (poly-D) region som er bevart blant OPXVs; men lengden varierer sterkt. Interessant nok har klasse IIa MPXV-stammer en poly-D utvidet med 21 aminosyrer.

Konklusjoner

Studieresultatene utvidet konseptet med genomtrekkspill i MPXV-evolusjon. Studien viste at LCR-er av genomet, foreløpig uløst i genomiske studier, kan være avgjørende for å håndtere endringer i vertsområde eller virulens og inneholde viktig overføringsinformasjon. Derfor er det behov for å etablere en ny standardisert tilnærming for å generere og analysere sekvenseringsdataene som prioriterer disse regionene. Ytterligere funksjonelle studier er presserende nødvendig for å komplettere denne komparative genomiske studien.

*Viktig MERK:bioRxiv publiserer foreløpige vitenskapelige rapporter som ikke er fagfellevurdert og derfor ikke bør anses som avgjørende, ment å veilede klinisk praksis/helserelatert atferd, eller behandles som etablert informasjon.

Referanse:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Sara Monzon, Sarai Varona, Anabel Negredo, et al. (2022). Genomische Akkordeons könnten der Schlüssel zur erhöhten Übertragbarkeit von Monkeypox Clade IIb sein. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.09.30.510261 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.30.510261v2

.